空心球銷推力桿設計與研究

侯凱 沈亞強 樵興

摘 要：文章對汽車輕量化的研究方向進行簡述 針對某重型卡車推力桿的情況 通過材料及結構的優化、新的生產工藝 提出了一種空心球銷推力桿的輕量化方案 通過有限元仿真軟件對其強度進行了理論分析 并采用臺架試驗對其強度進行了驗證 符合設計要求。

關鍵詞：推力桿;輕量化;臺架試驗

中圖分類號：U463.33+5.2? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-66-02

Abstract： According to the situation of the push rod of a heavy truck， through the optimization of material and structure and the new production technology， a kind of lightweight scheme of the Hollow Ball Pin Push Rod is put forward， its strength is analyzed theoretically by finite element simulation software， and its strength is verified by bench test， which meets the design requirements.

Keywords： Thrust bar; Lightweight; Stand test

CLC NO.： U463.33+5.2? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-66-02

前言

推力桿主要是一種連接車架與車橋的一種桿狀用總成 傳遞相應的反作用力矩的同時保證車輛行駛的安全性和穩定性 本文通過對其材料及結構輕量化方案進行研究分析 通過改變零部件材料并使其結構“中空化”來達到降重的目的。結合有限元軟件對零件強度進行了理論分析 并通過臺架試驗對其強度進行了驗證 設計出了一種空心球銷輕量化推力桿。

1 輕量化研究方向

當前汽車企業對汽車輕量化技術研究的途徑及方法主要有三種：一是通過采用新型輕質材料和高強度材料來替代傳統的碳鋼材料 實現各部件減重的目的;二是進行結構的優化設計 通過改變零部件的整體或者局部結構從而達到輕量化的目的;三是采用先進的制造工藝 減輕零部件的重量。通過三種方法的相互結合 從而達到輕量化降重的目的。

在整車新產品開發過程中 為了滿足法規要求同時達到整車自重目標 對整車廠技術升級提出了更高要求 根據我國輕量化發展水平來看 高強度鋼仍將繼續保持主導地位 鋁合金在發動機、底盤關鍵零部件和覆蓋件上的應用將加大 混合材料應用也將進一步發展 以塑代鋼依然是未來汽車輕量化的發展方向 并且伴隨著先進的制造技術和結構優化。

2 推力桿的結構及優化

2.1 推力桿的結構

推力桿總成主要由桿頭、桿身、卡簧、球銷組成 如圖1所示 其中球銷由球芯、端蓋、橡膠組成。I型推力桿兩端各有一個球銷 球銷的球芯有安裝孔 連接車架和車橋 車輛運動時 推力桿依靠球芯與端頭之間的橡膠來使推力桿具有緩沖作用[1]。

2.2 球銷結構優化

在保證桿身、桿頭不變的情況下 改變球銷的材料和結構 材料性能見表1 在結構方面 通過使球銷“中空化” 從而達到降重的目的 如圖2所示。

3 仿真分析

3.1 有限元分析

通過有限元軟件對優化后方案進行仿真分析 驗證其可行性 結構優化后的球銷結構需要滿足強度要求 即能承受材料的極限應力[2] 結構改變的同時通過選取強度更高的材料 利用CATIA建模導入HyperMesh 將傳統推力桿與空心球銷推力桿進行強度對比分析 分析結果如圖3所示。

3.2 臺架試驗分析

為進一步驗證空心球銷推力桿總成的可靠性 在試驗臺架上進行徑向耐久性試驗 按照車型懸架系統的試驗標準 首先將推力桿總成一端固定 另一端通過加載夾具與加載頭連接 在推力桿總成徑向施加對稱載荷 如圖4所示 沿桿身加載一定軸荷及頻率 以正弦波運行20萬次后 金屬件未發生彎曲、開裂或斷裂現象 橡膠件未產生開裂、擠出現象。

4 結論

通過對推力桿球銷的材料及結構優化 完成了輕量化推力桿設計 實現單個推力桿降重2kg 采用有限元分析軟件對其理論強度進行了對比分析 優化后其安全因子均大于1 通過抗疲勞臺架試驗進行了驗證 金屬件未發生彎曲、開裂或斷裂現象 橡膠件未產生開裂、擠出現象 推力桿總靜剛度變化率小于30% 該輕量化的推力桿滿足設計要求。

參考文獻

[1] 劉飛，翁明武等.某車型鋁合金推力桿輕量化設計與研究[J].汽車實用技術，2019（18）：78-03.

[2] 高云凱.汽車車身結構分析[M].北京.北京理工大學出版社，2006.